设计研究在高中生物探究教学研究中的应用透析

汤跃明 张锦华

【摘要】设计研究强调在真实情境中运用一系列方法进行创新干预、迭代精制,以达到改进实践和提升理论的双重目的。该文应用这一研究范式对高中生物探究教学进行研究,构建了一个高中生物探究教学参与结构的设计研究实践框架,并将此框架应用于实践探索中。最后,对应用效果进行评价、反思和总结,认为设计研究在高中生物探究教学中的应用一定程度上解决了探究效率低的问题,同时实现了理论建构和实践探索的相互提升。

【关键词】设计研究;探究教学;迭代精制;参与结构

【中图分类号】G420【文献标识码】A【论文编号】1009—8097(2009)08—0035—03

探究教学在高中生物教学领域的广泛应用,使学生解决实际问题的能力、探究能力和创新能力不断得到提升,然而,探究教学过程中情境的复杂性以及师生参与探究程度的不易把握等诸多因素又制约着其在生物教学中的有效开展。设计研究是一种系统而灵活的研究范式,强调在真实的学习情境中,以研究者和实践者的协作为基础,将科学的方法与技术的方法有机结合,通过反复循环的分析、设计、开发和实施,在改进教育实践的同时,修正和发展新的教育理论[1],它能在一定程度上解决现今生物探究教学过程中探究效率低的问题。笔者从设计研究的视角,对高中生物探究教学进行分析、设计、实施和评价,在反思总结实验的基础上有效实现了理论的提升和实践的进步。

一 设计研究的启动

《全日制普通高级中学生物教学大纲》指出,学生通过高中生物课程的学习,能养成科学态度和科学精神,树立创新意识,具有较强的收集和处理信息的能力、解决实际问题的能力和探究能力 [2]。然而,在具体教学中如何有效设计和开展探究教学,是令众多生物学科教师和研究者头痛的问题。为此,2008年3月在河南省周口市某一重点中学开展了《中学生物学科探究性教学的研究》的课题研究,对象为高中二年级(3)班和(4)班的全体同学。最初,项目组以为,引入探究教学之后,教学成效应该得到大大提高。但是,经过2个周的课堂观察、课后研讨评说以及录像回溯分析,发现并没有如所预期的那样给生物教学带来根本性的变化。通过对市教育局基础教研室、校领导、生物学科教研组教师、技术服务中心以及参与研究的全体学生进行问卷调查和访谈,发现造成探究教学效率低的原因主要是没有充分考虑实践共同体探究活动的参与结构。因此,以此问题为研究起点,希望通过设计研究将先进的学习理论运用于高中生物探究教学过程中,总结参与探究教学原则并达到提升学生探究能力和解决实际问题的能力、促进教师专业成长和帮助研究者进一步考察协作学习环境对促进探究教学在高中生物课程中有效开展的可能性。

二 实践框架的建构

设计研究是由实践问题驱动,研究者与实践者共同深入现场对实践进行的研究和为了改进实践、提升理论而进行的研究。它强调在真实情境中设计一些人工制品作为教学干预或革新应用于实践[3],通过系统、灵活地分析、设计、开发、实施等环节的多次迭代增量过程来改善实践,从中总结出设计原则或理论[4],达到对设计原型理论和实践的“逐步求精”,获得一个理想设计和实践之间的满意平衡。设计研究是在富含复杂性、动态性和实限性的实际情境中进行的[5],研究者必须对研究过程和研究交互所发生的变化作详尽记录,并根据来自实践的反馈不断反思和改进设计,直至排除所有缺陷,形成一种更为可靠有效的设计。

通过对探究教学的相关理论及应用情况进行详细论述之后,把探究教学的定义理解为:教师通过创造一种智力和社会交往情境,让学生通过探索发现有利于开展探究活动的学科内容要素和认知策略,以有效提高学生主体参与能力、创新能力和实践能力。情境观认为,所有社会性地组织起来的活动都提供了学生参与学习的机会;学习是人和人之间的互动、人和建构出来的人工制品之间的互动;对人的学习的分析应该以活动系统为单位[6]。因此,参与结构的研究将关注重点从“指向个人内部学习和认知变化”的心理学视角的研究转向同时关注“个人置身于社会群体互动结构所带来的个人与群体认知和学习的变化”。所以,设计研究需要从探究个体、实践共同体和情境活动三个方面来整合认知研究和互动研究,将信息结构纳入到整个活动系统参与结构的互动分析中,以全面洞察探究教学。通过整合建构主义理论、互动分析理论和活动理论,构建高中生物探究教学参与结构的设计研究实践框架,如图1所示。具体过程解释如下:

1 问题界定阶段

问题界定阶段为设计研究的前期阶段,是确保干预能够进行持续教育革新的必要阶段。在此阶段,研究者需要吸收来自教师、管理者、学习者、技术专家、利益相关者、产品开发者以及家长等多方人员的观点,还需要进行系统的检索、批判性的文献回顾和需求分析,有效发现实践共同体在当前情境中面对的有意义的问题。本设计研究确定的问题为:如何充分考虑实践共同体参与活动的结构要素以有效提高高中生物教学的探究效率。

2 构造阶段

构造阶段是整个设计研究过程的设计阶段,将前期确定的有意义的问题转变成一个真实情境中扎根于稳健理论的可操作化的设计,需要经过多次循环来不断改善,同时它又受到后续阶段的影响。它不仅是修正理论的重要工具,也是整个研究的重点所在。设计研究强调在自然情境中进行创新干预,强调人与人之间、人与人工制品之间的互动,因此本设计研究过程中教师和学生作为活动主体同时参与探究。另外,还要考虑整个探究活动系统成员之间的分工、需要建立的共同体规范以及所需工具等因素。

3 本地影响评价阶段

本地影响评价阶段是评价干预的当地影响,主要对实践共同体共同参与实施的探究活动进行形成性评价,研究者和教师通过数据收集和分析来评价实践共同体对设计干预的满意程度,并根据这些数据对设计原型中需要改进的地方进行修正,主要包括形成性检验、理论精制、实施和结果评价四个部分。在设计研究过程中,这些设计生成、详细研究和评价的循环表现为迭代循环过程中的微循环过程。

4 扩展影响评价阶段

扩展影响评价阶段主要是看前面阶段进行的教育革新在更广泛情境或者对于更广泛的对象是否具有效性,以及能否成功地扩散和被采纳。如果被采纳,得到一个成功的产品。如果不被采纳,根据收集到的反馈意见、产生的新理论以及新的情境需求进行下一轮迭代循环研究。

以上四个阶段反复迭代循环,构造出更有应用价值的设计,生成关于学与教的更加富有活力、更加稳健的理论,最终达到对真实情境中生物探究教学更深层次的理解,实现理论和实践的有效融合。

三 干预系统设计的论述

设计研究本身不管是强调内容、技术还是关系要素,重要的一条是聚焦“学习”,是促进“学习”理解的学习内容、学习支持和学习的社会结构三方面的系统研究[7]。以下,将围绕本设计研究,对所涉及三要素的设计进行详细论述。

学习内容设计主要是对学习者将要学习的对象进行设计。为了提高探究教学效果,项目组采用连续统思维方式考虑以下问题:高中生物课程中什么样的主题内容适合小组形式的探究教学;如何创建探究课题内容的多种理解途径,以提高学习者探究效率;如何在社会活动中形成探究内容的新观点等等。在与生物教研组全体教师进行多次商讨后,选定探究活动主题为“利用胚胎干细胞体外培养人体器官”。通过教师的引导和学生的激烈讨论,确定探究的子课题分别为:胚胎干细胞的分离途径、类别及主要特点;利用胚胎干细胞体外培养人体器官是否符合伦理道德;目前已经掌握了哪些胚胎干细胞技术;胚胎干细胞在医学方面有哪些应用。

学习支持设计主要涉及到支持小组探究活动顺利进行的各种工具、资源、支架和评价表单等。在本设计研究过程中采用的工具主要有搜索工具(Google、Baidu)、头脑风暴工具(MindManager)、图形工具(Photoshop)和交流工具(QQ、Blog)等。资源包括进行探究教学所用到的各种硬件设备、书籍、图片、学习软件和网站等。支架的设计方面采用Quintana的观点,从意义建构、过程管理和反思三方面进行[8]。探究成果的评价方式包括学生自我反思评价、组内成员互评和组间互评。评价人员既可以是教师,也可以是家长或同学。另外,采用书面作业、多媒体制作、网页等类型的评价测量表来考察学生探究成果的不同方面。

学习的社会结构是学习者与活动系统的其他行动者、技术工具、课程内容等要素之间交互作用所构成的互动关系,包括有形结构和无形结构。有形结构设计主要指探究小组的编排。无形结构设计则主要考虑探究教学活动中的互动参与结构、探究规范的建立和小组成员行事权的分配等问题。小组编制上按照学生所选子课题内容进行分组,尽量把互选同学编排在同一个小组,同时平衡核心人员与边缘同学之间的比例。项目组建立班级共同体规范和小组共同体规范,以营造“基于证据的观点”的讨论氛围,同时保障小组成员之间的平等参与,促进小组公平竞争和共同发展。另外,为了使教师更有效参与探究教学,借鉴Tabak和Baumgartner关于“参与结构类型中的教师角色特征”[9](如表1所示)来定位教师角色。

四 设计研究的实施

在对问题进行细致分析之后,于2008年4月开始了参与结构探究教学应用的尝试(探究主题为利用胚胎干细胞体外培养人体器官是否符合伦理道德)。课程设计上,依然沿用 “热身活动”——小组协作探究——小组汇报探究结果——全班协作探究——评价的课程总体设计模式,并增加了为学生提供探究背景知识的基准课程和解决产生“挑战性问题”的微课程设计,从而进一步强调胚胎干细胞基础知识并充分调动学生参与探究积极性。行事权的分配上,要求组内学生分工合作,轮流操作任务单中的材料,当一个成员在操作时,其他小组成员一起协助并帮助记录探究结果。同时,学生不仅有机会发表本组观点,也能分享其他小组探究成果,积极参与同自己有不同见解的讨论之中。教师的角色在本轮阶段主要为指导者和同伴,在学生进行探究过程中给予适当的鼓励和帮助,组织学生进行自评、组内互评和组间互评。另外,加入反思总结模块,便于学生总结探究所得和展望如何提高自我探究能力、创新能力和实践能力。

五 应用效果的评价

为了了解高中生物探究教学的参与结构设计研究的实施效果,在进行了为期三个月的应用之后,通过对探究教学过程进行测试、问卷调查、录像回溯分析以及访谈等方法收集和分析师生意见,以便深入了解学习者应用参与结构的探究效果,并及时进行改进。数据显示,94.2%的学生认为通过协作参与结构形式的探究教学基本掌握了胚胎干细胞的知识,89.3%的学生表示赞同现在所采用的小组参与结构形式,91.5%的学生愿意在其他学科中采用这样的探究方式。

为了考察该设计研究教育革新的持续性,在研究者撤出一段时间的情形下,由任课教师独立设计、完成了一次生物选修模块探究公开课《细胞的癌变》。从教学总体设计和实施来看,教师已经能够很好地应用参与结构探究模式进行探究教学,过程如下:创设情境(晒太阳利弊)——提出问题(为何臭氧层的破坏会导致皮肤病患者增多)——猜想假设(晒太阳会引起细胞癌变)——小组基于证据的分析探究(癌细胞与正常细胞异同之处、致癌因子种类及导致细胞癌变原因)——得出结论(健康生活方式可以有效防止癌症)——交流评估。参与小组探究活动的时机与方式把握良好(学生遇到困难时,教师及时主动给予提示;学生成功时给予鼓励)。另外,从教师的教学反思和科研论文的撰写等方面表现来看,专业能力和探究能力得到较大提升,已经成长为该校探究教学方面的专家教师。

六 反思与总结

项目组从以上实践调查分析中获得了重要启示:生物探究教学过程中热身活动——小组协作探究——小组汇报探究成果——全班协作探究——评价的每个阶段都很重要。提供每个小组发表产出的机会对促进小组学习、探究共同体参与以及集体智慧的分享起着很大的作用。但是,如果只强调实施小组协作探究环节,忽视反馈和评价环节,学生则得不到展示小组探究成果的机会,也得不到来自教师、其他同学的帮助和评价,使小组丧失学习责任,降低探究效率。同时,建立良好的小组共同体规范、班级共同体规范以及基于证据的观点发表规范也有助于规范学生探究进程,潜在影响学生的合作参与。因此,在经过反复检验、评价和修正理论指导与实施方案的过程中,逐步从简单的小组探究转变为基于证据的实践共同体共同参与探究上来,力求在充分考虑探究活动的结构要素的基础上提高探究效率,实现理论和实践的紧密融合。

结束语

设计研究是面向知识时代的社会转型大背景中产生的促进教育持续革新的一种研究范式,是探究真实情境中复杂学习的重要方法论,它在发展稳健的学习理论、建构和积累设计知识以及促进教育持续革新的能力等方面表现出了独特的应用前景。通过在高中生物探究教学中运用设计研究方法,构建了生物探究教学参与结构的设计研究实践框架,从学习内容、学习支持和学习的社会结构三个方面进行设计和实施,并在此基础上总结出探究过程中重视实践共同体共同参与、重视反馈和评价环节、重视共同体规范以及基于证据的观点发表规范等原则,有效提升学生探究能力、创新能力以及解决实际问题能力,促进教师专业成长。但是,生物探究教学过程中所出现的大量信息的选择、数据的及时分析以及探究环节与知识、能力的整合方面还需要在后续的研究中进行更多的尝试和探讨。